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第07版:科技创新·项目
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2018 年 11 月 08 日 星期 放大 缩小 默认  

新型智能面料:衣服可由电子设备织成

周周

    嵌入了LED的新型纤维。

  你有没有想过,衣服除了棉、麻、丝、毛、人造纤维等材质,还有其他的选择吗?随着材料科学的不断进步和可穿戴技术的不断突破,未来,你的衣服可由电子设备编织而成。

  柔韧又防水的电子元件纤维

  近日,麻省理工学院的研究人员成功将包含了发光二极管(LED)和光敏二极管在内的高速光电子半导体器件嵌入纤维内,织成耐水洗的柔性布料,实现用布料制成一个通信系统。该工艺可用于开发能够实现光通信和健康监测的新型可穿戴技术,即一种内置电子设备的衣物。这标志着研究人员终于实现将半导体融入纺织物以创造智能面料的目标,同时这也填补了纺织制造业中复杂功能性面料技术的空白。研究人员预测这种纤维在未来数十年内将以指数级增长的速度发展。英国《自然》杂志已经发表了该项研究成果。

  麻省理工学院研究人员Rein认为,这种新的工艺让人们对纤维制造过程有了新的见解,在设备中将细金属丝与颗粒混合,而不是在液态下对材料进行拉伸。

  这种新型纤维材料本身的优点是具有防水性。为了证明这一点,研究小组在鱼缸中放置了一些光探测纤维。水族馆外的一盏灯以快速光学信号的形式将音乐通过水传播到纤维上。水箱里的纤维将光脉冲转换成电信号,然后电信号又被转换成音乐。这些纤维在水中“存活”了数周。

  研究团队还将这些二极管纤维放进标准的家用洗衣机中转了10圈,发现其性能没有受损,由此证明了它的耐用性。他们还表示,可以在包含光探测和发光纤维的两种纺织品之间建立起双向光通信链接。不仅如此,这种智能纺织品也可用于测量穿戴者的心率。

  从实验室到工厂的量产之路

  光纤的传统制造方法是制作一个放大版的光纤作为预制件,将预制件加热软化后,在张力下拉伸得到的光纤。制造新型纤维的突破点是将一个只有沙粒大小的发光半导体二极管和一对极细的铜线聚合成预制件。Rein及其同事从一块较大的聚合物预制件着手,将半导体器件嵌入预制件的中空通道。然后,一边将导线穿进中空通道,一边加热并拉伸该预制件,从而形成延展的纤维束。这样一来,电连接的光发射或光探测二极管在纤维束内轴向均匀地分布开来。该工艺具有内在可扩展性,可以制造出数百米长的功能性纤维。一旦经过拉伸处理,这些纤维就可以很容易地织进织物中。

  虽然原理听起来很简单,但要始终如一地工作,确保可靠地生产大量纤维,仍是一个漫长而困难的过程。美国高级功能纤维研究所研发了提高产量、吞吐量及整体可靠性的新技术,为该纤维的工业化做好了准备。与此同时,Inman Mills公司的Marty Ellis发明了一种用传统工业制造规模的织机将这些纤维织成织物的技术。

  “这种新材料将半导体器件的功能与基于纤维纺织品的可扩展性相结合。面料的基本功能包括通信、照明、生理监测等。在未来几年,这种面料将提供增值服务,而不再局限于美观和舒适。”研究者说。

  可穿戴技术的问世时间

  研究人员估计,第一批采用这项技术的商业产品最早将于明年进入市场,这使得该技术从实验室研究到商业化的过程非常短暂。如此快速的实验室到市场的开发是学术、产业和政府通力合作的成果。研究者目前正以前所未有的速度和规模,将该技术转移到美国的制造行业。

  除了商业应用,美国国防部正在探索将这些新材料应用于军人的衣物上。不仅限于通信,这些纤维还将在生物医学领域有重要的应用。例如,使用这种纤维装置制作腕带,可以测量脉搏或血氧水平;编织成绷带,可以持续监测愈合过程。

  如果以后的可穿戴技术成熟并普及开来,那么我们每个人的衣服配饰不会再毫无生气了,它们将如同现在的机器人一样有感应能通信,说不定还能和你聊天对话,届时可能万物互联。那么,你是否期望这一天早点到来呢?

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